Forschungspreise

Forschung aus allen Fakultäten Preise für Promovenden, Leukämieforscher und Urologin

Dr. med. Karin Geis, Dr. med. Leopold Ferdinand Ludwig, Dr. biol. hum. Reinhard Sailer, Dr. rer. nat. Thorsten Ritz, Dr. rer. nat. Kai Thormann, Dr. rer. nat. Urs T. Hartl, Dr.-Ing. Werner Thiel und Dr. rer. nat. Andreas Küchler sind die Träger des Promotionspreises, den die Ulmer Universitätsgesellschaft (UUG) auch in diesem Jahr, traditionsgemäß im Rahmen des Jahrestages der Universität am 6. Juli 2001, verleiht. Ebenfalls ausgezeichnet werden Dr. Stephan Stilgenbauer, Abteilung Innere Medizin III, mit dem Franziska-Kolb-Preis für Leukämieforschung und Dr. Valeska Foltin mit dem Dissertationspreis der Jubiläumsstiftung Urologie 2001.

Catenine und Tumorgenese

Die Bedeutung von Beta-Cateninen in der Tumorgenese wurde erst während der letzten fünf Jahre erkannt. Mutationen in Proteinen bzw. im Beta-Catenin-Gen selbst tragen zur Entstehung von Kolonkarzinomen und Melanomen bei. Von zwei Proteinen, die dem Onkogen Beta-Catenin sehr nah verwandt sind, bzw. an Beta-Catenin binden – p120cas und PAR-1 – handelt die Promotionsarbeit von Karin Geis.

Die Struktur des Proteins p120cas ähnelt der des Beta-Catenins insbesondere in der »armadillo«-Domäne, die für die Interaktion mit anderen Proteinen verantwortlich ist und indirekt auf die Regulation der Gen-Expression Einfluß nimmt. Am Modell des südafrikanischen Krallenfrosches (Xenopus laevis) gelang Geis mit Hilfe in vitro synthetisierten p120cas und PAR-1 der Nachweis, daß p120cas dennoch eine andere Funktion erfüllt als Beta-Catenin. Während letzteres zur Bildung einer zweiten Körperachse beiträgt, wobei die zukünftige Bauchseite umprogrammiert wird und eine vollständige Rückenseite formt, verändert p120cas die Kopfstrukturen. Geis’ Studie hat somit die gängige Hypothese, derzufolge die »arm«-Domäne für die Umprogrammierung einer Zelle verantwortlich sei und in diesem Sinne auch zur Entstehung von Kolonkarzinom bzw. Melanom beitrage, widerlegt. p120cas scheint vielmehr eine zentrale Rolle bei der Neurogenese zu übernehmen. Dieses Resultat wurde inzwischen auch von anderen Arbeitsgruppen am Mausmodell bestätigt.

Störungen des blutbildenden Systems

Leopold Ferdinand Ludwig ist ein Methodenvirtuose. Die anspruchsvollen molekulargenetischen Techniken, die er bei seinen Untersuchungen anwandte, hat er zum Teil erst selbst im Labor etabliert. Seine Dissertation über die »Molekulargenetische Diagnostik erworbener und angeborener Erkrankungen der Hämato-Lymphopoese« besticht aber nicht nur durch wissenschaftliche Originalität, sondern verspricht auch klinischen Nutzen. Es geht darin um angeborene und erworbene Störungen des blutbildenden Systems, insbesondere um die Aufklärung des genetischen Defekts beim SCID-Syndrom, einer besonders schweren Form von erblichem Immundefekt, die bis heute nur durch eine Knochenmarktransplantation geheilt werden kann. Im Rennen gegen eine starke internationale Konkurrenz konnte Ludwig, im Team mit Dr. Klaus Schwarz aus der Abteilung Transfusionsmedizin, erstmals den Nachweis führen, daß dieses Krankheitsbild durch Veränderungen in zwei Genen hervorgerufen wird, die als RAG1 und RAG2 bezeichnet werden und denen entscheidende Bedeutung bei der Ausbildung der spezifischen Immunabwehr zukommt. Darüber hinaus gelang ihm der Nachweis genetischer Läsionen in Frühformen bösartiger Erkrankungen der weißen Blutkörperchen, den sogenannten myelodysplastischen Syndromen (MDS). Seine Ergebnisse hat der Preisträger bereits in mehreren renommierten Fachzeitschriften, darunter der »Science«, publiziert.

Steroidhormone und photodynamische Therapie

Die gezielte Behandlung von Krebserkrankungen zählt zu den wichtigsten Aufgaben der modernen Medizin. Mit seinen »In-vitro-Untersuchungen zum Einfluß von Steroidhormonen und Steroidhormonantagonisten auf die photodynamische Therapie« lieferte Reinhard Sailer wesentliche Beiträge zum Verständnis der Photodynamischen Therapie (PDT).

Sailer, dessen Arbeit teilweise von der Deutschen Krebshilfe und vom Interdisziplinären Zentrum für klinische Forschung (IZKF) gefördert wurde, ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in einer interdisziplinären Forschergruppe aus Biologen, Chemikern, Physikern und Pharamzeuten, die sich unter anderem auf Entwicklung und Testung neuer tumorspezifischer Photosensibilatoren spezialisiert hat. Ein Teil der behandelten Tumoren, insbesondere gynäkologische, zeichnen sich durch eine Überexpression von Steroidhormonrezeptoren aus. Deshalb konzentrierte sich der Preisträger in seinen Forschungen am Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Meßtechnik (ILM, Direktor Prof. Dr. Rudolf Steiner), wo seit einigen Jahren grundlegende Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der PDT durchgeführt werden, auf Untersuchungen dieser Wirkstoffe. Es gelang ihm nachzuweisen, daß Steroidhormone und ihre biochemischen Gegenspieler eine photodynamische Inaktivierung von Tumorzellen sowohl deutlich verbessern als auch verschlechtern können. Demnach ist davon auszugehen, daß Steroidhormone über ihre geschlechtsdeterminierende Wirkung hinaus auf die Gesamtheit der Gene einwirken.

Photosynthese quantentheoretisch

Bakterien nutzen zum Zwecke der Photosynthese die Prinzipien der Quantenphysik. Zu diesem verblüffenden Ergebnis gelangte der Physiker Thorsten Ritz in seiner Dissertation »The Quantum Physics of the Bacterial Photosynthetic Unit«. Es war ihm gelungen, die molekularen Komponenten des Lichtsammelapparates photosynthetischer Bakterien zu einem Modell zusammenzufügen. In diesem komplexen Aggregat konnte er die Wanderung der Lichtanregung in einer aufwendigen quantentheoretischen Analyse beschreiben. Die Ergebnisse der Studie weisen neue Wege für die Entwicklung von Solarzellen auf organisch-chemischer Basis.

Lösungsmittel in anaeroben Bakterien

Mit seinen »Untersuchungen zur Regulation des sol-Operons von Clostridium acetobutylicum« hat der Biologe Kai Thormann eine Dissertation von außerordentlicher experimenteller Vielseitigkeit vorgelegt. Die Ergebnisse kann man als bahnbrechend bezeichnen. Sie korrigieren in erheblichem Ausmaß bisher publizierte Daten, erweitern deutlich unser Wissen um die Regulation der Lösungsmittelbildung in anaeroben Bakterien und bieten einen ganzen Strauß von Anknüpfungspunkten für zukünftige Arbeiten. Besonders bemerkenswert ist, daß Thormann nicht nur die Daten einer renommierten amerikanischen Forschergruppe widerlegen, sondern auch erklären konnte, wie diese zu ihren fehlerhaften Aussagen gekommen war. Aus der mit dem Promotionspreis belohnten Dissertation, die den jungen Forscher als hochqualifizierten Wissenschaftler ausweist, sind bereits drei Publikationen hervorgegangen.

Gruppenstrukturen

Die mathematische Forschungsrichtung »Arithmetische algebraische Geometrie« hat in den letzten 18 Jahren große öffentliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Vor allem die Beweismethodik, namentlich das Zusammenspiel von Algebra und Geometrie in Anwendung auf schwierige zahlentheoretische Probleme, fasziniert viele Mathematiker. Die Überlegungen »Zur Darstellbarkeit des rigid analytischen Picard-Faktors«, die Urs Hartl aus der Abteilung Reine Mathematik anstellte, betreffen ein besonders anspruchs- und bedeutungsvolles Problem aus diesem Themenfeld: Gruppenstrukturen auf geometrischen Objekten, im gegebenen Fall Geradenbündel. Der Preisträger gelangte – Traum eines jeden Mathematikers – zu einer weitreichenden Verallgemeinerung der bisher bekannten Ergebnisse.

Finite Differenzen

Höchstfrequenzschaltungen werden in den letzten Jahren immer häufiger kommerziell eingesetzt – in immer komplexeren, funktionelleren Strukturen. Diese meist dreidimensionalen Anordnungen lassen sich nur mit leistungsfähigen feldtheoretischen Berechnungsverfahren ausreichend genau analysieren und optimieren. Ein derartiges, sehr flexibel einsetzbares Verfahren ist das der finiten Differenzen im Zeitbereich (FDTD). Preis der Flexibilität ist allerdings ein relativ hoher numerischer Aufwand, der ohne weitere Maßnahmen eine Schaltungsoptimierung von komplexen Anordnungen fast unmöglich macht.

Hier setzt Thiels Arbeit über »Berechnung und Optimierung passiver und aktiver Komponenten im Millimeterwellenbereich mit dem Verfahren der Finiten Differenzen im Zeitbereich« ein. Er erweitert die prinzipiell bekannte FDTD-Methode um eine Reihe von Zusatzfunktionen, die das Verfahren erheblich beschleunigen, Leiterverluste von dünnen Metallisierungen einbeziehen und genauere Berechnungen von nicht rechteckförmigen Strukturen und höchstfrequenten nichtlinearen Schaltungen erlauben. Auf der Basis seiner Arbeiten und mehrerer einschlägiger Veröffentlichungen in internationalen Fachzeitschriften erhielt der Preisträger inzwischen das Angebot, im Anschluß an seine Tätigkeit in Ulm als Postdoc und als Research Scientist an der renommierten University Michigan in Ann Arbor zu arbeiten.

Logik und Bauch

Wie verbindet man logische Argumentation mit intuitiven Entscheidungen »aus dem Bauch heraus«? Diese Frage stellt sich in der Informatik-Forschung, wenn es darum geht, hybride Systeme aus Komponenten der »klassischen«, regelbasierten Künstlichen Intelligenz und der neuen, lernfähigen neuronalen Netze zusammenzubauen. Ein wichtiger methodischer Ansatz ergibt sich aus der Doktorarbeit von Informatiker Andreas Küchler. Er beschäftigte sich mit der Frage, inwieweit man mit den eher intuitiven und adaptiven Methoden der neuronalen Netze mathematische Strukturen verarbeiten könne. Zu diesem Zweck entwickelte er neuronale Netze mit einem hierarchischen Rückkopplungsmechanismus einschließlich der zugehörigen Lernverfahren. Seine Studie »Adaptive Processing of Structural Data: From Sequences to Trees and Beyond« hat neue Forschungsperspektiven im Grenzgebiet zwischen Neuroinformatik, Künstlicher Intelligenz und Theroretischer Informatik eröffnet, die bereits international weiterverfolgt werden.

Genetische Veränderungen der Tumorzellen

Ebenfalls beim Festakt zum Jahrestag der Universität werden der nun bereits traditionelle Franziska-Kolb-Preis für Leukämieforschung und, erstmalig, der Dissertationspreis der Jubiläumsstiftung Urologie vergeben. »Genetische Veränderungen bei der chronischen lymphatischen Leukämie (CLL)« ist die Studie des Leukämie-Experten Stephan Stilgenbauer aus der Abteilung Innere Medizin III überschrieben, die sich mit Entstehung und Verlauf der CLL, der häufigsten Leukämieform des Erwachsenenalters, beschäftigt. Bekanntlich wird die Entstehung von Krebserkrankungen heute in ursächlichem Zusammenhang mit genetischen Veränderungen der Tumorzellen gesehen. Diese genetischen Veränderungen lassen sich jedoch häufig nur schwer erfassen. Gute Dienste leistete die Entwicklung innovativer molekulargenetischer Techniken, wie der Fluoreszenz-in-situ Hybridisierung (FISH). Mit ihrer Hilfe konnte Stilgenbauer für die CLL etwa doppelt so häufig genetische Veränderungen nachweisen, wie es bisher mit herkömmlichen Techniken möglich war. Der Nachweis dieser Veränderungen erlaubte die Entdeckung von Genen, die an Entstehung und Voranschreiten der Erkrankung ursächlich beteiligt sind. Darüber hinaus läßt sich nun anhand bestimmter genetischer Veränderungen der Verlauf der Erkrankung des einzelnen Patienten besser voraussagen – Grundlage für eine individuelle Behandlung.

Mit künstlicher Blase

Patienten, die mit einer künstlichen Blase leben, sind die avisierten Nutznießer der Studie von Valeska Foltin, die mit dem Urologie-Jubiläumspreis 2001 bedacht wurde. In ihrer Dissertation mit dem Titel »Lebensqualität von Ulmer Ileum-Neoblase-Patienten« hat die Medizinerin zwei psychometrisch geprüfte Lebensqualität-Meßinstrumente sowie vier selbstentwickelte Fragebögen und ein ebenfalls selbstentwickeltes Neoblasenmodul eingesetzt, um Daten über Alltag und Befinden der Blasenersatzträger zu erhalten. Sie gelangte damit zu detaillierten neuen Aussagen, die künftig bei der Therapieplanung von großem Nutzen sein dürften.